Комплекс ELVIS II

Лабораторный комплекс ELVIS II представляет программно-аппаратный комплекс, предназначенный для проведения лабораторных работ по общетехническим и специальным дисциплинам. Объединение аппаратных средств и программного обеспечения, созданного в среде LabVIEW делает ELVIS II мощной и гибкой контрольно-измерительной платформой.

Аппаратная часть комплекса включает (рис 1а):

- настольную рабочую станцию (далее – рабочую станцию);

- источник питания;

- монтажную панель;

- плату сбора данных;

- USB кабель для связи с компьютером;

- персональный компьютер с установленным программным обеспечением NI ELVISmx .

Рис 1а

Программное обеспечение комплекса состоит из набора виртуальных инструментов, выполняющих функции измерительных приборов и устройств. Набор виртуальных измерительных приборов содержит:

- генератор сигналов ( Function Generator );

- осциллограф ( Oscilloscope );

- анализатор спектров ( Dynamic Signal Analyzer );

- цифровой мультиметр ( Digital Multimeter );

- анализатор входного сопротивления ( Impedance Analyzer );

-анализатор частотных характеристик ( Bode Analyzer );

-построитель вольт-амперных характеристик двухполюсных устройств ( Two - Wire Current
Voltage Analyzer );

- построитель характеристик трехполюсных устройств ( Three-Wire Current Voltage Analyzer );

На дисплее компьютера отображаются передние панели виртуальных приборов, внешний вид которых соответствует передним панелям соответствующих реальных приборов. Настройка и регулировка приборов осуществляется виртуальными «ручками управления», которые управляются мышью либо с помощью клавиатуры. Клавиатура выполняет вспомогательную роль, позволяя вводить значения регулируемых параметров непосредственно на цифровые панели.

Аппаратная часть комплекса

Рабочая станция . Внешний вид рабочей станции показан на рис. 1.

Рис. 1

Цифрами на рис. 1 обозначены:

1 – монтажная панель (2800 гнезд);

2 – предохранитель цифрового мультиметра;

3 – разъемы цифрового мультиметра;

4 – разъемы осциллографа;

5 – выходы генератора функций;

6 – отверстия для крепления монтажной панели;

7 – разъем;

8 – выключатель питания монтажной панели;

9 – индикаторы, показывающие состояние рабочей станции;

10 – ручки управления регулируемым источником питания;

11 – ручки управления генератором функций.

Технические характеристики рабочей станции

- 8/16 каналов аналогового ввода (16 разрядов, 1.25 МГц);

- 2 канала аналогового вывода (16 разрядов, 2.8 МГц);

- 24 цифровых линии ввода/вывода (10 МГц);

- 2 счетчика/таймера;

- регулируемые источники постоянного напряжения ±12В;

- стабилизированные источники постоянного напряжения ±5В, ±15В;

- BNC разъемы для мультиметра и осциллографа;

Управление рабочей станцией может осуществляться программно, с помощью LabVIEW , и в ручном режиме, элементами управления, расположенными на лицевой панели.

Монтажная панель . Внешний вид монтажной панели показан на рис.2. Она подключается к рабочей станции через стандартный PCI разъем. Этот разъем может использоваться для установки плат собственной разработки.

Рис. 2

Цифрами на монтажной панели обозначены:

1 – аналоговые входы;

2 – слот для подключения к рабочей станции;

3 – цифровые входы и выходы;

4 – индикаторы, конфигурируемые пользователем;

5 – разъем D - SUB

6 – разъемы счетчика и таймера, пользовательский ввод-вывод;

7 – разъемы цифрового мультиметра, генератора функций, источников питания;

8 – индикаторы источников питания;

9 – пользовательские выводы;

10 – BNC разъемы;

11 – разъемы типа «банан»;

12- крепежные отверстия.

Внимание! Перед установкой монтажной панели в рабочую станцию или ее демонтажом убедитесь, что питание монтажной панели отключено.

Исследуемая цепь собирается на наборном поле монтажной панели. Наборное поле представляет набор выводов, объединенных в горизонтальные полосы по четыре и пять выводов и вертикальные полосы по 25 выводов. Крайние вертикальные полосы подключены к различным каналам платы сбора данных, а также к различным устройствам на рабочей станции. Слева и справа нанесены названия каждого такого вывода. В табл.1 приведены описания выводов.

На монтажной панели имеются терминалы для исследования характеристик двухполюсных и трехполюсных цепей. Для этого программное обеспечение содержит специальные приборы – анализатор комплексных сопротивлений, построители ВАХ двухполюсных и трехполюсных элементов.

Собранную цепь можно подключить к аналоговым или цифровым каналам ввода-вывода платы сбора данных, к источникам питания. К исследуемой цепи через разъемы «банан», BNC разъемы и разъем D - SUB можно подключить источники внешних сигналов, внешние измерительные приборы, источники питания и т.д.

Источники питания . На монтажной панели имеются фиксированные источники питания ±15В и +5В. Регулируемые источники обеспечивают напряжение от 0 до +12В и от 0 до -12В.

В NI ELVIS II используются полупроводниковые схемы защиты линий ввода-вывода. Единственный плавкий предохранитель, защищающий мультиметр, расположен в съемном картридже.

Если при включенном питании монтажной платы не светится один из индикаторов питания, необходимо проверить собранную цепь или присоединенные устройства на отсутствие короткого замыкания. Отключите питание монтажной платы и включите снова для сброса схем защиты.

Таблица 1

Характеристики виртуальных приборов

Основными рабочими кнопками приборов являются кнопки запуска выполнения виртуального прибора и кнопки сохранения данных измерений и/или анализа в файл. Доступ к виртуальным приборам NI ELVIS реализован через модуль запуска виртуальных приборов Instrument Launcher , который открывается по пути Пуск>>Программы>> National Instruments >> NI ELVIS II >> NI ELVIS .

Модуль запуска приборов NI Elvismx . Передняя панель модуля запуска ВИ показана на рис. 3.

Рис. 3

Для запуска прибора необходимо нажать соответствующую кнопку. Если кнопки запуска виртуальных приборов недоступны и затемнены, это может означать, что есть проблемы с платой сбора данных либо рабочей станцией. Возможно, что рабочая станция отключена от питания. Программа выдаст сообщение о том, в чем может заключаться ошибка.

Цифровой мультиметр – Digital Multimeter (DMM). Цифровой мультиметр поддерживает все основные функции мультиметра. Этот прибор может производить измерения следующих величин:

•  Постоянное и переменное напряжение. Для измерения напряжения используются выходы VOLTAGE HI и VOLTAGE LO . Измеряемое постоянное напряжение не должно превышать ±20 В. Действующее значение измеряемого переменного напряжения не должно превышать 14 В.

•  Постоянный и переменный ток. Для измерения тока используются выходы CURRENT HI и CURRENT LO . Ток не должен превышать 250 мА.

•  Активное сопротивление. Для измерения активного сопротивления, а также для всех упоминаемых далее величин используются выходы CURRENT HI и CURRENT LO . Значение сопротивления должно находиться в пределах от 5 Ом до 3 МОм.

•  Емкость. Пределы измерения составляют от 50 пФ до 500 мкФ.

•  Индуктивность. Пределы измерения составляют от 100 мкГн до 100 мГн.

•  Проверка работоспособности диода.

Разъемы штекерного типа расположены сбоку на рабочей станции. Для измерения постоянного и переменного токов A и COM . Для измерения постоянного и переменного напряжений, сопротивления, характеристик диода предназначены разъемы V? и COM .

Осциллограф ( Scope ). Программное обеспечение ELVIS II реализует функциональные возможности двухканального осциллографа. Изображение передней панели прибора показано на рис. 4.

С помощью ручек на передней панели можно регулировать масштаб, временную развертку, выбирать режим синхронизации. Курсоры осциллографа можно использовать для точных измерений параметров сигналов.

Рис. 4

Входы осциллографа подключены к BNC коннекторам рабочей станции. Эти каналы имеют входное сопротивление 1 МОм и снабжены аттенюаторами 1х/10х. Можно использовать также аналоговые входы < AI 0…7> на монтажной панели.

Характеристики прибора:

- два независимых канала;

- возможность измерения амплитуды и частоты;

- курсоры;

- диапазон частот – 50 кГц;

- максимальная частота оцифровки сигнала – 500 кГц/канал;

- диапазон напряжений – 100 мВ – 10 В;

- входное сопротивление – 1 ГОм.

Генератор сигналов произвольной формы . С помощью этого прибора можно получать различные аналоговые сигналы. Пользователь может сформировать сигнал требуемой формы с помощью редактора Waveform Editor .

Поскольку рабочая станция имеет два выхода, AO 0 и AO 1, одновре-менно можно сформировать два сигнала различной формы.

Канал AO 0 используется также для подачи входного напряжения на вывод BASE анализатора характеристик биполярных транзисторов.

Функциональный генератор – Function Generator ( FGEN ). Генератор позволяет получить сигналы синусоидальной, прямоугольной и треугольной формы. Передняя панель прибора показана на рис. 5.

Рис. 5

С помощью ручек, расположенных на передней панели, можно выбирать форму сигнала (синусоидальная, пилообразные или треугольные импульсы), амплитуду и частоту, а также смещение ( offset ). Прибор позволяет получать также амплитудно- и частотно-модулированные колебания.

Управление основными параметрами генератора (частота, амплитуда, тип сигнала) может осуществляться как программно, так и в ручном режиме с помощью переключателей и ручек, расположенных на лицевой панели рабочей станции.

Характеристики генератора:

- диапазон частот 5 Гц – 50 кГЦ;

- типы сигналов – синус, прямойгольный, треугольный;

- максимальная амплитуда напряжения 10 В;

- смещение ±5В;

- выходное сопротивление 50 Ом;

- максимальный выходной ток 100 мА.

Функциональный генератор может работать в ручном режиме ( Manual Mode ). Для этого необходимо установить флажок в окне Manual Mode (расположено в левой нижней части передней панели). Ручки управления функциональным генератором расположены в правой части рабочей станции (рис. 1). Ручкой FREQUENCY регулируется частота генерируемого сигнала, а ручкой AMPLITUDE – его амплитуда. В ручном режиме можно получить только гармонический сигнал. Выход генератора может быть подключен либо к BNC коннектору FGEN / TRIG рабочей станции либо к выводу FGEN монтажной панели. Выводы AM и FM представляют аналоговые входы для амплитудной и частотной модуляции сигнала генератора.

Анализатор комплексных сопротивлений – Impedance Analyzer . Прибор служит для измерения комплексных сопротивлений пассивных двухполюсников на заданной частоте.

Частота сигнала может задаваться пользователем. Частотный диапазон составляет от 1 Гц до 35 кГц. По умолчанию частота равна 1000 Гц. Диапазон измеряемых сопротивлений от 5 Ом до 3 Мом.

Прибор подключается к выводам DUT + и DUT – монтажной панели.

Рис. 6

Анализатор спектров – Dynamic Signal Analyzer . Прибор реализует функции анализатора спектров. Изображение передней панели анализатора показано на рис. 7.

Диапазон частот анализатора равен 625 кГц. Измерения могут производиться в непрерывном или однократном режиме.

Прибор поддерживает функции фильтрации и усреднения сигналов, а также измерения параметров THD и SINAD .

Рис. 7

Анализаторы вольт-амперных характеристик двухполюсных и трехполюсных цепей – Two - Wire and Three - Wire Analyzers . Эти приборы предназначены для получения ВАХ нелинейных элементов – диодов, стабилитронов и т.п. К сожалению, NI ELVIS II позволяет анализировать только один вид трехполюсных компонентов – биполярные транзисторы. Изображение передней панели двухполюсного анализатора показано на рис. 8. На рис. 9 показана передняя панель трехпроводного анализатора.

Пользователь имеет возможность задавать диапазон изменения напряжений и токов, шаг приращения напряжения ( Increment ), масштаб графика (линейный или логарифмический). Полученные данные могут записываться в файл.

Диапазон рабочих токов двухпроводного анализатора равен ±40мА. Напряжения могут варьироваться от – 10 В до + 10 В.

Рис. 8

Рис. 9

Анализатор характеристик биполярных транзисторов позволяет выбирать тип транзистора ( n - p - n или p - n - p ), задавать ток базы и его приращение. Таким образом, прибор позволяет строить семейство выходных характеристик биполярного транзистора.

Минимальное приращение тока базы равно 0.48 мкА. Максимальное значение тока коллектора равно ±40мА. Максимальное напряжение коллектора ±10В.

Анализатор частотных характеристик – Bode analyzer . Прибор предназначен для построения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик аналоговых цепей. Передняя панель анализатора показана на рис. 10.

Рис. 10

Пользователь задает диапазон изменения частоты, масштаб, в котором строятся характеристики (линейный или логарифмический).

Источником сигнала является генератор функций. Входом является канал AI 1, выходом – канал AI 0.

Характеристики прибора:

- диапазон частот 5 Гц – 35 кГц;

- разрешение по амплитуде – до 16 разрядов;

- точность измерения ФЧХ – 1 градус.